汽车电磁兼容基础：放电噪声与影响分析

由于放电而产生噪声是最常见的现象，这时往往伴随着电流、电压的瞬时急剧变化，即di/dt或du/dt值很大。在汽车的电子电气设备中，各种导线、插接器、线圈及其他零件具有不同的电容和电感，这些电容、电感一旦构成闭合回路，就构成了一个振荡回路。其中又分布着用来通断电流的各种触点，如开关触点、继电器触点、电动机电刷与换向器之间的触点等。在开关瞬间，触点之间会产生不同程度的火花或电弧放电现象。电火花和电弧本身就是一个高频电磁噪声的骚扰源，会向汽车自身的电子设备和汽车四周的空间发射电磁波，影响其他通信电子设备的正常工作。例如，汽车分电器的转子与旁电极之间，点火火花塞之间，发电机的电枢和电刷之间，调节器触点之间，转向闪光灯继电器、喇叭继电器、油压表、燃油表、冷却液温度传感器及线路之间的插接器等工作时都会产生电火花电磁波，这些电磁波频率约为0.15～1000MHz，干扰的频带是很宽的。虽然这种触点间放电能量比火花塞电极放电能量小得多，但其持续时间短，因此其放电瞬间的能量密度会对汽车中其他通信电子设备造成影响。

图3-8 感性负载的簇射电弧(www.xing528.com)

放电主要包括暗流（无光）、辉光放电、火花放电以及弧光放电等。开关的频繁使用会对感性负载如螺线管或电极等造成不良的影响，这些影响会产生一种现象——簇射电弧，如图3-8所示。当开关闭合时，在电感中产生一个稳态电流I=U_dc/R；当开关断开时，电感由于电流的变化而产生自感电动势，以减缓电流变化。因此，电流通过电容时会改变方向，给电容充电。开关电压u_sw（t）=u_C+U_dc，因此会增大。随着开关电压的增加，可能会超出开关断点电压，从而形成一个短电弧同时开关电压降至电弧放电电压U_A。电容通过开关放电，放电电流主要因为本身的电阻和开关导线的电感而受限。如果开关电流超过了最小电弧保持电流，电弧将继续保持；反之，电弧则消失，电容开始重新充电。开关电压再一次超过开关断点电压，且开关电压降至U_A。如果电弧不可保持，电容又会开始再次充电。最终所存储的初始能量被消耗掉，电容电压也衰减到0，使得u_sw=U_dc。这导致在接触点间形成一个上升（由于电容充电）后又迅速下降（由于开关断开）的电压序列，这就是簇射电弧。随着接触点分离距离的增加，可能会出现辉光放电，可能会保持也可能不会保持，最终形成一个卫星状的簇射电弧，如图3-8所示。每一个簇射电弧的数量和持续时间取决于电路元件值和任何与互联传输线相关的延时。分布电容通过簇射电弧向电源回路反向放电时，电源回路上出现很大的瞬变脉冲电流，这是产生干扰的根本原因。簇射电弧具有明显的频谱分量，因此极有可能造成电磁兼容问题。这些电流所在的电路可能产生明显的辐射，进而对其他通信电子设备产生干扰问题。电路产生的辐射信号也可能直接沿着互联线路进行传导，进而产生更严重的辐射效应。